NL8802389A

NL8802389A - CAMSHAFT, AND METHOD FOR MANUFACTURING THIS CAMSHAFT.

Info

Publication number: NL8802389A
Application number: NL8802389A
Authority: NL
Original assignee: Torrington Co
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1989-04-17
Also published as: GB8823026D0; FR2638114B1; MX166844B; GB2210301A; FR2638114A1; BR8804967A; GB2210301B; US4809562A; DE3833326A1; NL188511C; DE3833326C2

Description

NL 35.389-Me/gb ï *NL 35.389-Me / gb ï *

Nokkenas, alsmede werkwijze voor het vervaardigen van deze nokkenasCamshaft, as well as a method of manufacturing this camshaft

De uitvinding heeft betrekking op nokkenassen voor verbrandingsmotoren en dergelijke.De uitvinding betreft in het bijzonder nokkenassen en een werkwijze voor het vervaardigen van een nokkenas, waarbij afzonderlijk geproduceerde 5 nokken en ashalselementen worden bevestigd aan een holle buis door buitenwaarts deformeren van de buis met een verloren doom die stevig op zijn plaats wordt gelaten voor het vormen van een afdichting in de buis.The invention relates in particular to camshafts for internal combustion engines and the like. The invention relates in particular to camshafts and a method for manufacturing a camshaft, in which separately produced cams and shaft elements are attached to a hollow tube by outwardly deforming the tube with a lost doom that is left firmly in place to form a seal in the tube.

Ten gevolge van de toenemende vraag naar hogere 10 prestaties, minder onderhoud en beter brandstofverbruik is het wenselijk nokkenassen voor automobielen lichter en duurzamer te maken. Aldus zijn nokkenassen ontwikkeld die afzonderlijk geproduceerde nokelementen voor betere slijtageweer-stand en een stalen buis voor gewichtsbesparing bezitten.Due to the increasing demand for higher performance, less maintenance and better fuel consumption, it is desirable to make automotive camshafts lighter and more durable. Thus camshafts have been developed which have separately produced cam elements for better wear resistance and a steel tube for weight saving.

15 Deze soorten nokkenassen worden vervaardigd door het samenvoegen van de afzonderlijke componenten, zoals nokken en halsaselementen, op een afzonderlijke holle buis en het vervolgens aan elkaar bevestigen van de samengevoegde elementen. Deze samengestelde nokkenassen en de werkwijze 20 voor het vervaardigen hiervan bezitten evenwel vele tekortkomingen die resulteren in tijdrovende montagestappen, grote benodigde montagekrachten en overmatige tolerantiecontroles.These types of camshafts are manufactured by joining the separate components, such as cams and neck shaft elements, on a separate hollow tube and then attaching the joined elements together. However, these composite camshafts and their method of manufacturing have many shortcomings that result in time-consuming mounting steps, high required mounting forces and excessive tolerance checks.

Dit alles heeft een duurdere vervaardiging tot gevolg.All this results in a more expensive production.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.597.367 ten name 25 van Madaffer openbaart een samengestelde nokkenas die is gevormd van een uitzetbare stalen buis en afzonderlijke geharde nok- en halsaselementen. De elementen worden aan elkaar bevestigd door mechanische uitzetting van de buis. Een ronde vormdoorn wordt door de buis gedrukt teneinde de buiswand 30 buitenwaarts uit te zetten voor het verschaffen van een stevige verbindingspassing met de hexagonale openingen in de nok- en halsaselementen. De in dit octrooischrift geopenbaarde werkwijze benodigt een grote hoeveelheid kracht aangezien zowel de binnendiameter als de buitendiameter van 35 de buis geheel wordt uitgezet. Bovendien moet de vormdoorn, ga^ajj de^e door de buis is gedwongen, langzaam door de buis % -2 - worden teruggetrokken teneinde het metaal-tegen-metaal-contact te minimaliseren. Aldus vereist deze vervaardigings-werkwijze grote hoeveelheden kracht en tijd.US Patent 4,597,367, No. 25 to Madaffer, discloses a composite camshaft formed of an expandable steel tube and separate hardened cam and neck shaft elements. The elements are attached to each other by mechanical expansion of the tube. A round mold mandrel is pushed through the tube to expand the tube wall 30 outwardly to provide a tight connection fit to the hexagonal openings in the cam and neck shaft members. The method disclosed in this patent requires a great amount of force since both the inner diameter and the outer diameter of the tube are fully expanded. In addition, as the mandrel is forced through the tube, the mold mandrel must be slowly withdrawn through the tube to minimize the metal-to-metal contact. Thus, this manufacturing method requires large amounts of force and time.

Voorts worden, indien het gewenst is de nokkenas-5 vormende holle buis af te dichten of dicht te stoppen, afzonderlijke vervaardigings- en montagestappen vereist. Het afdichtorgaan moet met nauwkeurige toleranties worden vervaardigd, zodat het nauwkeurig in de holle vervormde nokken-asbuis past en deze afdicht. Anders dient een afzonderlijke 10 afdichtbewerking, zoals hardsolderen, te worden uitgevoerd. Bijgevolg vereist een nokkenas met een geplugde buis bijkomende vervaardigingsstappen en dure tolerantiecontroles.Furthermore, if it is desired to seal or plug the camshaft-forming hollow tube, separate manufacturing and mounting steps are required. The sealing member must be manufactured to precise tolerances so that it fits and seals precisely in the hollow deformed camshaft tube. Otherwise, a separate sealing operation, such as brazing, must be performed. Consequently, a plugged-tube camshaft requires additional manufacturing steps and expensive tolerance checks.

De onderhavige uitvinding verschaft een nieuw afgedicht nokkenassamenstel van afzonderlijk geproduceerde ele-15 menten en een nieuwe werkwijze voor het maken van deze samenstellen. De onderhavige uitvinding verschaft een verbeterde afgedichte nokkenasconstructie. Bovendien vereenvoudigt en elimimeert de nieuwe werkwijze voor het vervaardigen van nokkenassamenstellen vervaardigingsstappen van tot nu toe 20 bekende werkwijzen.The present invention provides a new sealed camshaft assembly of separately produced elements and a new method of making these assemblies. The present invention provides an improved sealed camshaft construction. In addition, the new camshaft assembly manufacturing process simplifies and eliminates manufacturing steps of heretofore known processes.

Dienovereenkomstig is het een doel van deze uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het borgen van afzonderlijke nok- en ashalselementen op de buis onder gebruikmaking van plaatselijke deformatie van de buis.Accordingly, it is an object of this invention to provide a method of securing individual cam and shaft members to the tube using local deformation of the tube.

25 Een ander doel van deze uitvinding is het verschaf fen van een als verloren doorn uitgevoerde vormplug, die kan worden gebruikt voor het deformeren van de buis teneinde de elementen op de buis te borgen en die vervolgens in de buis kan blijven als een geïntegreerde afdichtplug.Another object of this invention is to provide a lost mandrel form plug that can be used to deform the tube to secure the elements on the tube and then remain in the tube as an integrated sealing plug.

30 Deze uitvinding verschaft een nokkenassamenstel met hoge prestaties en lage kosten en een vervaardigingswijze die gebruik maakt van gewoon beschikbare materialen en die gemakkelijk kan worden geïmplementeerd.The present invention provides a high performance, low cost camshaft assembly and a manufacturing method that uses commonly available materials and is easy to implement.

Deze en andere kenmerken en voordelen van de uit-35 vinding zullen meer volledig worden begrepen uit de nu volgende beschrijving van een voorkeursuitvoering aan de hand van de bijgaande tekeningen.These and other features and advantages of the invention will be more fully understood from the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht van een gedeelte van een nokkenassamenstel in overeenstemming met de •8&Θ23&9 - 3 -Fig. 1 is a perspective view of a portion of a camshaft assembly in accordance with the • 8 & Θ23 & 9 - 3 -

Aa

onderhavige uitvinding .present invention.

Fig. 2 is een langsdoorsnede van een gedeelte van een nokkenassamenstelFig. 2 is a longitudinal section of a portion of a camshaft assembly

Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van een nokkenas-5 samenstel volgens de lijnen 3-3 in fig. 2.Fig. 3 is a cross-sectional view of a camshaft-5 assembly taken along lines 3-3 in FIG. 2.

Fig. 4 is een vooraanzicht van de vormplug.Fig. 4 is a front view of the mold plug.

Fig. 5 is een zijaanzicht van de vormplug.Fig. 5 is a side view of the mold plug.

Allereerst wordt verwezen naar fig. 1 van de tekeningen, waarin verwijzingscijfer 10 een afgewerkt nokkenas-10 samenstel gevormd in overeenstemming met de onderhavige uitvinding in zijn geheel aanduidt. Nokkenas 10 omvat een holle steunbuis of -schacht 12, die bij voorkeur is gevormd van gewoon staal met laag koolstofgehalte, dat plaatselijk is uitgezet op een wijze die in het navolgende zal worden 15 beschreven. Op de buis zijn een aantal nokelementen 14 en ashalselementen 16 nauwkeurig geplaatst. De elementen zijn axiaal over de lengte van de schacht verdeeld. De nokelementen 14 bezitten een onderlinge hoekoriëntatie volgens een vooraf bepaalde faserelatie voor het bedienen van de kleppen 20 van een verbrandingsmotor. De nok- en ashalselementen zijn afzonderlijk vervaardigd teneinde de beste slijtagebestendige eigenschappen te verkrijgen. Zij kunnen bijvoorbeeld zijn gevormd door machinale bewerking of door sinteren.Reference is first made to Figure 1 of the drawings, in which reference numeral 10 denotes a finished camshaft-10 assembly formed in accordance with the present invention in its entirety. Camshaft 10 includes a hollow support tube or shaft 12, which is preferably formed of low carbon ordinary steel, which is locally expanded in a manner which will be described below. A number of cam elements 14 and shaft neck elements 16 are accurately placed on the tube. The elements are distributed axially along the length of the shaft. The cam elements 14 have an angular mutual orientation according to a predetermined phase relationship for operating the valves 20 of an internal combustion engine. The cam and shaft elements are manufactured separately to obtain the best wear resistant properties. They can be formed, for example, by machining or by sintering.

Het samenstel verschaft een lichtgewicht nokkenas 25 van hoge sterkte ten gevolge van de holle buisvormige steun en de afzonderlijk vervaardigde elementen van hoge sterkte.The assembly provides a high strength lightweight camshaft 25 due to the hollow tubular support and the separately manufactured high strength elements.

De nokkenas volgens de onderhavige uitvinding wordt samengesteld in overeenstemming met de volgende stappen:The camshaft of the present invention is assembled in accordance with the following steps:

De nokkenaselementen waarvan wordt gewenst dat zij 30 een hoge slijtageweerstand bezitten, zoals de nokken- en ashalselementen, worden door afzonderlijke processen tot relatief nauwkeurige uiteindelijke toleranties gevormd. Een kleine hoeveelheid overmaat aan materiaal wordt overgelaten voor het slijpen na de montage. Zoals te zien is in fig. 3 is 35 elk element voorzien van een axiale opening 18, die bij voorkeur is uitgevoerd met een in het algemeen uitgeschulpte cirkelvorm. Een aantal op gelijke afstand van elkaar aangebrachte axiaal verlopende groeven 19 vormen de uitgeschulpte » 8802339 . ί , -4 - omzoming om de in het algemeen cirkelvormige opening. Elk aantal groeven kan worden toegepast, zoals bijvoorbeeld vier tot twaalf groeven. In de tekening is een opening met acht groeven weergegeven.The camshaft elements which are desired to have high wear resistance, such as the cam and shaft neck elements, are formed to relatively accurate final tolerances by separate processes. A small amount of excess material is left for grinding after assembly. As can be seen in Fig. 3, each element is provided with an axial opening 18, which is preferably formed with a generally scalloped circular shape. A number of equally spaced axially extending grooves 19 form the scalloped 8802339. ί, -4 - edging around the generally circular opening. Any number of grooves can be used, such as, for example, four to twelve grooves. The drawing shows an opening with eight grooves.

5 De centrale buis of schacht 12 is gemaakt van stalen buis met laag koolstofgehalte met de juiste buiten- en binnendiameters. De buis wordt op de gewenste nokkenaslengte gesneden. De buitendiameter van de buis is bij voorkeur zodanig dat deze nauwkeurig, doch gemakkelijk in de voorgevorm-10 de openingen 18 in de elementen 14 en 16 past. De binnendia-meter van de buis wordt gekozen om een adequate wandsterkte te verschaffen voor de vervaardiging, terwijl deformatie door mechanische uitzetting op een nog te beschrijven wijze wordt beperkt.5 The central tube or shaft 12 is made of low carbon steel tube with the correct outer and inner diameters. The pipe is cut to the desired camshaft length. The outer diameter of the tube is preferably such that it fits precisely but easily into the preformed openings 18 in the elements 14 and 16. The inner diameter of the tube is selected to provide adequate wall strength for manufacture, while limiting deformation by mechanical expansion in a manner to be described.

15 De afzonderlijke nok- en lagerloopvlakelementen worden in een spanklem gestoken, welke deze vooraf in een gewenste oriëntatie plaatst. De openingen 18 worden axiaal in lijn gebracht voor het insteken van de buis.The individual cam and bearing tread elements are inserted into a clamping clamp, which pre-positions it in a desired orientation. The openings 18 are aligned axially for insertion of the tube.

De buis 12 wordt door de in lijn gelegen elementen 20 gestoken tot een vooraf bepaalde plaats in de langsrichting.The tube 12 is inserted through the aligned elements 20 to a predetermined longitudinal location.

Een als verloren doorn uitgevoerde vormplug 20 wordt toegepast als de gereedschapskop of de mechanische buisuitzetter. De fig. 4 en 5 tonen de vormplug volgens de onderhavige uitvinding. De plug 20 bezit een in het algemeen 25 cirkelvormige vorm. De buitenomtrek bezit een aantal op gelijke afstanden van elkaar aangebrachte knopen 22. De knopen 22 zijn complementair met de vorm van de groeven 19 in de axiale openingen van de elementen. De gemiddelde of effectieve diameter van de plug is enigszins groter dan de oor-30 spronkelijke buisdiameter. De voorste rand van de cilindrische plug heeft een enigszins taps toelopende rand 24, die is berekend voor een lichte perspassing of uitzetpassing met de binnendiameter van de te bewerken buis. De knopen 22 zullen de binnendiameter van de buis werkelijk vervormen in 35 die mate dat lokale uitstulpingen of uitsteeksels 30 op de buitenzijde van de buis worden gevormd. Ten gevolge van hun plaatsing in een spanklem worden de bijbehorende groeven in de axiale openingen van de nokken- en halsaselementen in lijn i8802389A mold plug 20 formed as a lost mandrel is used as the tool head or the mechanical pipe expander. Figures 4 and 5 show the mold plug according to the present invention. The plug 20 has a generally circular shape. The outer circumference has a number of equally spaced nodes 22. The nodes 22 are complementary to the shape of the grooves 19 in the axial openings of the elements. The average or effective diameter of the plug is slightly larger than the original tube diameter. The leading edge of the cylindrical plug has a slightly tapered edge 24, which is calculated for a light press fit or expansion fit with the inner diameter of the pipe to be machined. The nodes 22 will actually deform the inner diameter of the tube to the extent that local protuberances or protrusions 30 are formed on the outside of the tube. Due to their placement in a clamping fixture, the corresponding grooves in the axial openings of the cam and neck shaft elements are aligned in line i8802389

'I"I

- 5 - i gebracht met deze uitstulpingen of uitsteeksels. Deze lokale uitstulpingen vullen de groeven 19 en vloeien voor en achter de nokken en ashalzen over. De plaatselijke deformatie van het buismetaal veroorzaakt dat de nokken en ashalzen axiaal 5 en radiaal op de holle buis worden geborgd.- 5 - i brought with these protuberances or protrusions. These local protuberances fill the grooves 19 and overflow in front of and behind the cams and shaft necks. The local deformation of the tube metal causes the cams and shaft necks to be locked axially and radially on the hollow tube.

Wanneer de als verloren doorn uitgevoerde vormplug door de holle buis tot een vooraf bepaalde axiale plaats voorbij alle op de as te bevestigen elementen is gedrukt, wordt de verloren doom van het drukorgaan losgemaakt. Het 10 drukorgaan kan dan gemakkelijk en snel uit de buis worden teruggetrokken met een minimaal metaal-tegen-metaal-contact.When the molded plug, which is a lost mandrel, is pushed through the hollow tube to a predetermined axial location past all elements to be mounted on the shaft, the lost doom is released from the thrust member. The pressure member can then be easily and quickly withdrawn from the tube with minimal metal-to-metal contact.

De doom wordt als een plug of afdichting in de buis gelaten.The doom is left in the tube as a plug or seal.

Er zijn geen bijkomende vervaardigings- of montagestappen vereist voor het afdichten van deze zijde van de buis. Dit 15 verminderd stappen voor het afdichten van de buis met de helft.No additional manufacturing or mounting steps are required to seal this side of the pipe. This reduces steps for sealing the tube by half.

De samengestelde, onafgemaakte nokkenas kan uit de spanklem worden verwijderd en de slijtageoppervlakken van de nokken en ashalzen kunnen op elke gebruikelijke manier tot 20 hun uiteindelijke afmeting worden geslepen.The assembled unfinished camshaft can be removed from the clamp and the wear surfaces of the cams and shaft necks can be ground to their final size in any conventional manner.

Het nokkenassamenstel en de werkwijze in overeenstemming met de onderhavige uitvinding verschaffen de voordelen van het lichte gewicht met relatief eenvoudige en goedkope vervaardiging. Bovendien zijn er, wanneer een 25 geplugde nokkenas wordt gevormd, minder vervaardigingsstappen en de gereedschapstoleranties voor een afdichting zijn gematigd aangezien de vormdoorn eveneens wordt gebruikt als een afdichtplug.The camshaft assembly and method in accordance with the present invention provide the advantages of light weight with relatively simple and inexpensive manufacture. In addition, when a plugged camshaft is formed, there are fewer manufacturing steps and the tooling tolerances for a seal are moderate since the mold mandrel is also used as a sealing plug.

Alhoewel de uitvinding is beschreven aan de hand 30 van één de voorkeur verdienend uitvoeringsvoorbeeld, dient te worden begrepen dat vele wijzigingen kunnen worden aangebracht in het nokkenasontwerp en de vervaardigingswerk-wijze zonder buiten het kader van de uitvinding te treden. Dienovereenkomstig is de uitvinding slechts beperkt door de 35 hierna volgende conclusies.Although the invention has been described with reference to one preferred embodiment, it is to be understood that many modifications can be made to the camshaft design and manufacturing method without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.

... 8802389... 8802389

Claims

1. A method of manufacturing a cam shaft assembly, characterized in that a plurality of cam and shaft neck elements are provided, each of which has a generally circular axial opening with axially extending grooves; that said elements are placed in a predetermined phase orientation and with axial spacing, said openings aligned on a common axis; inserting a hollow tube into the elements in closely fitting relationship with the opening 10 and; that a mold plug is provided, the shape of which is complementary to the shape of the openings and the average diameter of which is greater than the inner diameter of the tube; that the molding plug is forced through the tube to a predetermined location to deform the tube wall outwardly; that the hollow tube is expanded in mechanical engagement with all the element openings to permanently secure the elements on the tube in said predetermined orientation; and that the hollow tube is plugged by leaving the molding plug in fixed mechanical engagement with the inner wall of the tube at said predetermined location.

2. Method according to claim 1, characterized in that said forcing is effected by a mounting machine member, which can be withdrawn smoothly after the molding plug has reached the predetermined location.

Camshaft assembly, characterized by a plurality of cam and shaft elements, each of which has a generally circular axial opening with axially extending grooves; a hollow tube extending axially through the openings 30 and engaging the elements; axial protrusions formed on the outer wall of the tube and engaged with the grooves of the openings; and a plug with a shape complementary to the shape of the element openings and engaging the inner wall of the tube. 8802389